Квантово-каскадные лазеры: исследования в области оптики
Современная лазерная оптика стоит на пороге значительных достижений благодаря исследованиям в области квантово-каскадных лазеров (ККЛ). В недавнем исследовании ученые изучили, как генерировать короткие лазерные импульсы с помощью когерентной синхронизации мод в ККЛ с быстрым временем релаксации. Это открытие может привести к новым возможностям в сверхбыстрой оптике, обеспечивая более надежные и мощные лазеры для различных приложений.
Потенциал квантово-каскадных лазеров и их применение
ККЛ – это уникальные полупроводниковые лазеры, предназначенные для излучения в средней и дальней инфракрасной области спектра. Первоначально разработанные Джеромом Фаистом и его коллегами в 1994 году, они работают на принципе однополярного излучения, что отличает их от традиционных полупроводниковых лазеров, использующих рекомбинацию электронно-дырочных пар. Это свойство делает ККЛ отличным выбором для применения в областях, таких как оптическая спектроскопия, метрология и особенно терагерцовая спектроскопия, позволяя исследовать свойства материалов и динамику зарядов с невероятной точностью.
Модель двухсекционного лазера: шаг к синхронизации мод
В книге результатов исследования, опубликованной в журнале Applied Physics B, исследователи представили математическую модель двухсекционного лазера, состоящего из секций с усиливающей и поглощающей средами. Такой лазер может работать в режиме пассивной синхронизации мод, что позволяет генерировать ультракороткие импульсы без необходимости в дополнительном контроле.
Ключевым моментом в процессе генерации лазерных импульсов является явление самоиндуцированной прозрачности – процесс, при котором материал временно становится прозрачным для света благодаря оптическому возбуждению. Это явление создает уникальные возможности для создания коротких импульсов, и важную роль играет время, необходимое системе для восстановления первобытного состояния после внешнего воздействия.
Технология создания квантово-каскадных лазеров
Создание ККЛ начинается с разработки сверхрешетки в оптическом волноводе, что помогает направить свет в коллимированный пучок и построить лазерный резонатор таким образом, чтобы излучение могло быть переадресовано обратно в активную среду. При этом используются два типа оптических волноводов: гребневые и глубинные гетероструктуры.
Гребневые волноводы создаются за счет травления параллельных канавок в материале ККЛ, что формирует узкие полосы, сохраняющие ток и обеспечивающие активную среду для излучения. Весь гребень обычно покрывается золотом для обеспечения электрических контактов и отвода тепла.
Глубинные гетероструктуры, в свою очередь, представляют собой более сложное решение, где новый полупроводниковый материал выращивается поверх уже существующего, создавая необходимые условия для формирования волновода. Эти конструкции эффективны в отводе тепла и поддержании стабильной работы лазера.
Будущее сверхбыстрой оптики
Успех в разработке методов генерации коротких импульсов с помощью когерентной синхронизации мод открывает новые горизонты для применения квантово-каскадных лазеров в области сверхбыстрой оптики. Они могут совершить революцию в области спектроскопии и метрологии, обеспечивая более высокую продуктивность и точность для исследований и технологий.
С каждым новым шагом в развитии ККЛ, исследователи приближаются к созданию более эффективных и мощных инструментов для научных открытий, что может значительно укрепить позиции научной сообщества в глобальном научном пространстве. Работы, подобные этим, служат основой для будущих прорывов, открывающих нашу способность изучать и понимать мир на более глубоком уровне.
Потенциал квантово-каскадных лазеров и их применение
ККЛ – это уникальные полупроводниковые лазеры, предназначенные для излучения в средней и дальней инфракрасной области спектра. Первоначально разработанные Джеромом Фаистом и его коллегами в 1994 году, они работают на принципе однополярного излучения, что отличает их от традиционных полупроводниковых лазеров, использующих рекомбинацию электронно-дырочных пар. Это свойство делает ККЛ отличным выбором для применения в областях, таких как оптическая спектроскопия, метрология и особенно терагерцовая спектроскопия, позволяя исследовать свойства материалов и динамику зарядов с невероятной точностью.
Модель двухсекционного лазера: шаг к синхронизации мод
В книге результатов исследования, опубликованной в журнале Applied Physics B, исследователи представили математическую модель двухсекционного лазера, состоящего из секций с усиливающей и поглощающей средами. Такой лазер может работать в режиме пассивной синхронизации мод, что позволяет генерировать ультракороткие импульсы без необходимости в дополнительном контроле.
Ключевым моментом в процессе генерации лазерных импульсов является явление самоиндуцированной прозрачности – процесс, при котором материал временно становится прозрачным для света благодаря оптическому возбуждению. Это явление создает уникальные возможности для создания коротких импульсов, и важную роль играет время, необходимое системе для восстановления первобытного состояния после внешнего воздействия.
Технология создания квантово-каскадных лазеров
Создание ККЛ начинается с разработки сверхрешетки в оптическом волноводе, что помогает направить свет в коллимированный пучок и построить лазерный резонатор таким образом, чтобы излучение могло быть переадресовано обратно в активную среду. При этом используются два типа оптических волноводов: гребневые и глубинные гетероструктуры.
Гребневые волноводы создаются за счет травления параллельных канавок в материале ККЛ, что формирует узкие полосы, сохраняющие ток и обеспечивающие активную среду для излучения. Весь гребень обычно покрывается золотом для обеспечения электрических контактов и отвода тепла.
Глубинные гетероструктуры, в свою очередь, представляют собой более сложное решение, где новый полупроводниковый материал выращивается поверх уже существующего, создавая необходимые условия для формирования волновода. Эти конструкции эффективны в отводе тепла и поддержании стабильной работы лазера.
Будущее сверхбыстрой оптики
Успех в разработке методов генерации коротких импульсов с помощью когерентной синхронизации мод открывает новые горизонты для применения квантово-каскадных лазеров в области сверхбыстрой оптики. Они могут совершить революцию в области спектроскопии и метрологии, обеспечивая более высокую продуктивность и точность для исследований и технологий.
С каждым новым шагом в развитии ККЛ, исследователи приближаются к созданию более эффективных и мощных инструментов для научных открытий, что может значительно укрепить позиции научной сообщества в глобальном научном пространстве. Работы, подобные этим, служат основой для будущих прорывов, открывающих нашу способность изучать и понимать мир на более глубоком уровне.
- Павел Журавлев
- pxhere.com
Наши новостные каналы
Подписывайтесь и будьте в курсе свежих новостей и важнейших событиях дня.
Рекомендуем для вас
Китай начал массово возвращать российскую нефть обратно
Местные бизнесмены не прочь подзаработать на том, что уже стало предметом заработка и принесло прибыль....
Десять миллионов пустых домов: Италия превратилась в одну большую заброшку
Проблемы европейской республики накапливаются с кумулятивным эффектом, они не решаются десятилетиями....
«Уже не взлетит»: КАЗ третий год подряд не может собрать новый Ту-214
Этот новый российский авиалайнер мог бы помочь избавиться от зависимости от западных самолетов....
Взялись за газ: ВСУ пытались сделать «факел» из крупнейшего в мире ГПЗ в Оренбурге
Враг пытается наносить удары хаотично и по обширной территории, стараясь добиться системного кризиса в отрасли....
Россия отомстит Норвегии за притеснение своих рыбаков к концу года
Осло совсем не исправился и не собирается «сдавать назад» в своих недружелюбных действиях, значит Москве также надо начинать предпринимать меры....
Вьетнам быстро отказался от полетов на китайской гордости – авиалайнере COMAC C909
Во время полетов неисправностей выявлено не было, проблемы оказались гораздо глубже....
Спасет от Китая: обнаружен крупнейший в мире сырьевой «склад», сокровище ЕС
У Европы все есть под боком, однако она хочет быть в зависимости от других стран....
Новая реальность: украинцы остались и без света, и без газа
Украина заслужила тот энергетический шторм, который получила после того, как пыталась посеять бурю в России....
VW на грани банкротства, прекращен выпуск двух популярных моделей
Крупнейшей автомобильной компании Европы не хватает более десяти миллиардов евро на стабильную работу в следующем году....
«У нас всё забирают»: Запорожские фермеры пытаются достучаться до Кремля
«Новым территориям» срочно требуются прокураторы...
Под именем «Волга»: в России показали новую модель легенды автопрома
В России показали предсерийную версию обновлённой «Волги». Машина оказалась копией машины зарубежного производителя...
Посмотрим через шесть месяцев: Трамп сорвался после слов Путина о санкциях
Путин поставил точку: Россия не боится санкций. Трамп в бешенстве, но встречу в Будапеште отменить не решился...
Взрыв на «Пластмасс»: СМИ назвали предварительную версию трагедии
Взрыв на оборонном предприятии в Копейске породил множество версий. СМИ сходятся на одной наиболее вероятной...
«Латентный друг»: Трамп вместо вреда, начал приносить большую пользу БРИКС
«Разогнанный» в воспаленном сознании президента США глобальный экономический альянс влиятельных государств процветает лучше, чем когда-либо....
Триллионный бизнес: в городах неделями будут хранить энергию с помощью гравитации
В настоящее время ведется глобальная гонка за поиск долгосрочных решений в области хранения энергии, при этом венчурный капитал активно инвестирует в новые...
Возвращение блудных сыновей: по релокантам ударили налогами
Российские компании начинают отзыв сотрудников из-за рубежа. Эксперт рассказал, как налоговые поправки заставляют релокантов вернуться...